风沙吹蚀与干湿循环作用下风积沙混凝土抗氯盐侵蚀机理

针对风蚀区盐湖及盐渍土环境下服役的混凝土,配制满足特殊环境下工程要求的风积沙混凝土.分析风沙吹蚀与干湿循环耦合作用下风积沙混凝土抗氯盐侵蚀的损伤过程,借助超景深三维显微镜、X射线衍射物相分析、核磁共振孔隙分析等手段探讨风积沙混凝土抗氯盐侵蚀耐久性机理.研究表明风沙吹蚀对混凝土表面产生破坏,干湿循环对混凝土内部造成损伤;风沙吹蚀对混凝土表面造成的“吹蚀坑”可为盐离子入侵混凝土内部提供“通道”;氯盐侵蚀后生成以Friedel盐为代表的腐蚀结晶物,可填充1～4 nm胶凝孔,消耗Ca(OH)2等有效物质,迫使4～10nm小毛细孔增多,随盐蚀损伤程度加剧,10～20 nm中毛细孔和20～100 nm大毛细孔向＞100 nm非毛细孔发展,非毛细孔彼此贯通产生裂纹,致使混凝土加速破坏.该研究可为风积沙混凝土在风蚀区氯盐环境下农业水利工程建设与应用提供依据.     

风积沙掺量对冻融-碳化耦合作用下混凝土耐久性的影响

针对寒区农业水利工程中混凝土的实际服役环境,利用风积沙等质量替代部分天然河砂制备不同风积沙替代率的混凝土为研究对象进行冻融循环-碳化耦合试验。分析冻融循环-碳化耦合作用下风积沙混凝土的损伤过程,借助核磁共振仪探讨了混凝土的孔隙结构演变与其耐久性之间的联系。试验结果表明,每个试验周期中,经历相同冻融循环次数和碳化时间,但作用顺序不同的情况下,冻融循环-碳化作用对混凝土造成的损伤大于碳化-冻融循环作用;当风积沙替代率由0增加至40%时,混凝土的初始孔隙度降低,同时试验中的质量损失率和相对动弹性模量变化减小;混凝土内部凝胶孔和少害孔占比对其孔隙度和相对动弹性模量具有主导作用,当凝胶孔和少害孔占比之比在5～25之间时相对动弹性模量和孔隙度变化不超过1%,在0～5之间减小时相对动弹性模量和孔隙度变化明显;风积沙的加入改善了混凝土的孔隙分布,风积沙替代率为40%的风积沙混凝土表现出良好的抗冻融、抗碳化能力。该研究可为风积沙混凝土在寒区农业水利工程中的研究与应用提供依据。     

氯盐侵蚀和干湿循环条件下浮石混凝土的耐久性

为了探究干湿循环条件下氯离子对浮石混凝土的侵蚀机制,借助核磁共振测试技术,分析浮石混凝土在干湿循环条件下微观孔隙结构特征,对侵蚀后的浮石混凝土内部微观结构进行X射线衍射物相分析与电镜扫描分析,进而探讨浮石混凝土抗氯离子侵蚀性能。研究结果表明,在氯盐侵蚀作用下,浮石混凝土和普通混凝土的质量损失变化率与相对动弹性模量变化趋势相一致;发现浮石混凝土谱面积是普通混凝土谱面积的1.0～1.7倍;浮石混凝土侵蚀破坏主要为内部发育新的小孔隙和中小孔隙向大孔隙和裂纹发育造成的,普通混凝土侵蚀破坏主要为内部的微小孔隙和小孔隙向大孔隙和裂纹发育造成的;浮石混凝土(0.1～1.0 μm孔隙所占比重较多,普通混凝土(0.01～0.1 μm孔隙所占比重较多;干湿循环120次后浮石混凝土孔隙度增加26.7%,自由流体饱和度减少1.0%,干湿循环120次后普通混凝土孔隙度增加77.8%,束缚流体饱和度减少7.3%;氯盐侵蚀后均生成以Friedel盐为代表的多种腐蚀结晶物。该研究可为浮石混凝土在氯盐环境下农业水利建设提供理论依据。     

高原低气压环境对引气混凝土含气量及气泡稳定性的影响

该文利用低气压试验箱模拟高原气压环境,试验研究了不同配合比及初始含气量水平下环境气压的降低对引气混凝土含气量及其气泡稳定性的影响。结果表明:与常压相比,环境气压的降低能够显著削弱引气剂的引气能力,当混凝土配合比及引气剂掺量一定时,混凝土含气量随环境气压降低呈线性减少,当环境气压降低至50 k Pa时,混凝土含气量降低约20%~49%。另外,低气压条件下混凝土气泡稳定性变差,具体表现为混凝土含气量经时损失变大,延长振捣时间导致低压混凝土损失更多气泡,二者均使低压下硬化混凝土的气泡间距系数增大,影响混凝土抗冻性。因此,在高原地区应通过采取优选引气剂类型、增大引气剂掺量以及避免过振等技术措施,以确保高原地区引气混凝土含气量能够达到抗冻设计要求。     

神府煤田土壤颗粒分形及降雨对径流产沙的影响

神府煤田在开发建设过程中造成的扰动地面、弃土体、弃渣体产生了严重的人为水土流失。采用野外人工模拟降雨试验方法,研究了土壤分形维数及降雨强度对未扰动地面、扰动地面、弃土体及弃渣体径流产沙的影响。结果表明,(1)弃土体、弃渣体随产流历时呈现突增—下降—稳定的过程,扰动地面和未扰动地面则经历上升—稳定的产流过程,各下垫面径流率均随着雨强的增大而增大。(2)各下垫面土壤颗粒分形维数的大小为D1(弃渣体)D2(弃土体)D3(扰动地面)D4(未扰动地面),次降雨径流量与降雨强度、分形维数分别呈显著的线性、幂函数关系,且D1~D2及D3~D4之间存在用以区分下垫面类型的临界分形维数值。(3)弃渣体侵蚀过程线呈先波动后稳定趋势,弃土体则呈多峰多谷特点,扰动地面和未扰动地面在1.0~2.5 mm min-1雨强下侵蚀速率均先增大后逐渐稳定,3.0 mm min-1时二者侵蚀速率则波动剧烈。四种下垫面平均侵蚀速率均随着雨强的增大而增大。(4)次降雨产沙量与降雨强度、分形维数均呈显著的幂函数关系。(5)径流量、产沙量与雨强和分形维数分别呈显著的线性、指数函数关系。分形维数对矿区土壤侵蚀模型的建立有重要的科学意义。     

气压环境对不同引气剂性能及引气混凝土气孔结构的影响

为研究不同气压环境下引气剂的引气行为特征及其对引气混凝土气孔分布特征的影响,该文通过引气水泥稀浆溶液摇泡试验及硬化混凝土气孔结构分析,获得不同气压环境对烷基磺酸盐类、皂甙类及聚醚类3种类型引气剂的起泡能力、气泡衰减行为及混凝土气孔分布特征的影响规律。结果表明,气压降低导致引气剂引气能力下降,相较于常压（101 kPa）,低气压（64 kPa）时3种引气剂引气能力分别下降30.1%（磺酸盐类）、28.1%（皂苷类）及22.0%（聚醚类）。同时,气压降低导致引气气泡寿命缩短,气泡稳定性下降,引气结束15 min时,低压64 kPa下各引气剂的留存气泡体积占比分别为10%（磺酸盐）、17%（皂苷类）及29%（聚醚类）,而常压101 kPa时该值分别为25%（磺酸盐）、38%（皂苷类）及49%（聚醚类）。在混凝土硬化过程中,因低气压引气混凝土气泡稳定性较差而导致其含气量损失约0.6%~1.2%,而常压下该值为0.3%~0.5%。低压引气混凝土气孔结构参数要劣于常压引气混凝土,具体表现为单位体积气泡数量减少,气泡间距系数增大且气泡比表面积减小。因此,建议在高原地区采取提高抗冻混凝土含气量设计值、优选并研发高原型引气剂及避免对引气混凝土过分扰动等技术措施,以确保高原地区引气混凝土达到抗冻耐久性所需的含气量值。     

孔隙结构对风积沙混凝土抗压强度影响规律的灰熵分析

为了探究风积沙混凝土孔隙结构特征对抗压强度的影响,通过风积沙混凝土孔隙结构预测其抗压强度,该文对2种混凝土进行宏观力学抗压强度试验和微观孔隙结构核磁共振试验,同时采用灰熵分析探讨不同养护龄期下混凝土的孔隙结构参数与孔隙半径分布对抗压强度的影响规律,并在此基础上建立混凝土孔隙结构与抗压强度关系模型。结果表明:风积沙混凝土横向弛豫时间T_2曲线呈现"主次峰"结构,普通混凝土呈现"三峰"结构;2种混凝土谱面积均随着养护龄期先增大后减小,风积沙混凝土谱面积最大值为11 789.33,普通混凝土谱面积最大值为10 672.11;对2种混凝土抗压强度影响最大的因素均为束缚流体饱和度和0～0.1μm孔隙半径占比,2种混凝土的束缚流体饱和度灰熵关联度分别为0.980 4和0.979 1,0～0.1μm孔隙半径占比灰熵关联度分别为0.988 2和0.988 8;建立了混凝土抗压强度与束缚流体饱和度和0～0.1μm孔隙半径占比的灰色模型,2种混凝土GM(1,3)模型预测值与试验值的平均相对误差分别为4.11%和2.43%。该研究可为风积沙混凝土在实际工程中的应用提供参考依据。     

外掺植物纤维对冻融作用下植被混凝土抗剪强度的影响

[目的]研究外掺2种植物纤维对冻融作用下植被混凝土抗剪强度的影响,为植被混凝土生态防护技术在高寒地区的应用提供科学依据。[方法]参考相关标准(GB/T50082-2009)中的慢冻法,采用2因素3水平全面交叉试验开展研究。[结果]未掺植物纤维的植被混凝土,冻融后黏聚力显著减小,内摩擦角变化不明显。掺入植物纤维可使经受5次冻融循环作用后植被混凝土的内摩擦角平均增加5°左右,并且随植物纤维掺量的增加,内摩擦角变化无明显规律,黏聚力则呈先增加后减小的趋势。表明纤维加筋对黏聚力的贡献存在临界掺量。棕纤维掺量对黏聚力的影响比黄麻纤维掺量更为敏感。[结论]外掺植物纤维可有效改善植被混凝土抵抗冻融破坏的能力,棕纤维和黄麻纤维的建议掺入比为0.6%和0.6%,具备推广应用前景。     

干湿循环强度与频度对花岗岩红壤孔隙分布的影响

为探明干湿循环频度与强度对花岗岩红壤孔隙分布的影响,该研究通过测定不同干湿循环条件下土壤水分特征曲线计算孔隙分布,并采用孔隙分形维数量化干湿循环效应对土壤孔隙结构变异的影响。结果表明：干湿循环对＜0.2 μm、＞3～15 μm和＞57 μm三类当量孔隙产生了显著影响。孔隙结构的再分布主要集中于前4次干湿交替之中,其后干湿交替的影响效应随着频度的增加逐渐减小并趋于稳定。随着强度增强,非活性孔隙（＜0.2 μm）和中孔隙（0.2～30 μm）逐渐发育成大孔隙（＞30 μm）。同时,干湿循环强度对大孔隙（＞30 μm）影响显著（P＜0.05）,贡献率达65.2%,而干湿循环频度对非活性孔隙（＜0.2 μm）影响显著（P＜0.05）,贡献率达91.9%。此外,土样孔隙分形维数D经干湿循环后逐渐减小,且与强度呈负相关（R2=0.868）,表明孔隙结构向大孔隙均质化方向发展。研究结果说明季节性降雨干旱引发的干湿循环效应主要影响大孔隙的生成,增强了土体的均质性和导水能力,加剧了岩土体失稳崩塌的风险。     

废气再循技术对正丁醇/柴油燃烧颗粒结构及分形特征的影响

为深入了解添加含氧燃料和废气再循环技术(exhaust gas recirculation,EGR)共同作用对颗粒结构及分形特征的影响,运用颗粒分级采样装置采集了EGR率分别为0、10%、20%时,柴油机燃用正丁醇质量百分比为10%的正丁醇/柴油混合燃料(N10)的燃烧颗粒(N10EGR0、N10EGR10%、N10EGR20%),通过电镜试验和图像处理技术,开展了不同EGR率对正丁醇/柴油燃烧颗粒的影响研究,分析了颗粒群的微观结构、平均粒径、分形维数,基本碳粒子的层面间距、微晶尺寸等物理结构参数的变化规律,结果表明,N10EGR0、N10EGR10%、N10EGR20%燃烧颗粒群整体呈现团簇状结构,颗粒粒径范围主要集中在30~70 nm之间,呈正态单峰分布;随着EGR率的增加,粒径范围向大粒径方向移动,平均粒径逐渐增大,N10EGR20%与N10EGR0相比,平均粒径增大约为19%;计盒维数逐渐减小,表明颗粒间的团簇程度逐渐减弱。不同EGR条件下的基本碳粒子结构相似,呈指纹状球形碳层结构,随EGR率的增加,基本碳粒子的内核碳层排列无序性和外壳石墨晶体结构无规则性增强,平均层面间距和弯曲度逐渐增大,微晶尺寸逐渐减小。该研究为含氧燃料与EGR共同作用对颗粒的形成机理以及降低柴油机颗粒排放的措施提供理论参考。     

风积沙混凝土的抗冻性与冻融损伤机理分析

为探讨沙漠沙(又名风积沙)替代河砂对低温环境下混凝土的耐久性能影响,按照风积沙替代河砂质量的20%、40%、60%、80%、100%共设计了5种强度等级为C25的风积沙混凝土(aeolian sand concrete,ASC)。采用加速试验方法研究了风积沙混凝土在冻融条件下的损伤失效规律,借助环境电镜扫描(environmental scanning electron microscope,ESEM)、应变监测和核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)等测试手段得到了风积沙混凝土的损伤机理。研究发现风积沙掺量80%以上的混凝土冻融次数超过200次,冻融损伤残余应变小,内部封闭小孔隙数量多对冻融损伤的抑制阻碍作用增强。结果表明风积沙混凝土的抗冻性能随着风积沙掺量的增加而提高,掺量为100%的风积沙混凝土的抗冻性最好。该研究可为风积沙混凝土大范围应用于寒区渠道衬砌及水利设施建设提供理论依据。     

北方风沙区砾石对堆积体坡面径流及侵蚀特征的影响

为了研究砾石对工程堆积体降雨侵蚀规律的影响,采用室内人工模拟试验,以土质堆积体(砾石质量分数为0)为对照,研究了10%、20%和30%砾石质量分数堆积体边坡在模拟降雨条件下的径流水力特征、产沙过程及侵蚀动力机制。结果表明:1)产流0~6 min,砾石促进堆积体坡面细沟间径流流动;产流12~30 min后,砾石阻碍堆积体坡面细沟径流流动;2)含砾石堆积体坡面粗糙度增大,水流流态变缓,水流速度降低,且均以层流为主。较土质堆积体而言,30%砾石质量分数堆积体坡面阻力系数增大88.8%~288.4%,弗汝德数降低28.9%~41.8%,水流速度降低0~45.8%;3)径流含沙量随产流历时经历快速降低-平稳过渡-波动上升3个阶段,土质及10%砾石质量分数堆积体高含沙水流现象频发,且随雨强增大,重力坍塌次数增加,重力侵蚀程度增强。20%、30%砾石质量分数堆积体发生高含沙水流的几率约为0。相对土壤流失比与砾石质量分数呈极显著负指数函数关系;4)土壤剥蚀率与各侵蚀动力参数均可用简单线性函数关系描述,单位径流功率是描述风沙区土质和10%砾石质量分数工程堆积体侵蚀产沙的最优因子,径流功率是刻画20%、30%砾石质量分数工程堆积体土壤侵蚀参数更为合理的因子。结果可为全国范围工程堆积体土壤侵蚀模型的建立提供科学依据。